水稻黄绿叶突变体ygl3的鉴定与基因功能分析

摘要：

[目的]为了丰富和加深人们对植物叶色形成的分子机理认识,对水稻黄绿叶突变体ygl3(yellow green leaf 3)进行表型鉴定和基因克隆,阐明YGL3的分子功能,为解析YGL3调控水稻叶色形成的分子机理奠定基础.[方法]从水稻中花11 CRISPR-Cas9敲除突变体库中鉴定出2份稳定遗传的等位黄绿叶突变体,命名为ygl3-1与ygl3-2,对突变体的表型进行鉴定,测定野生型和突变体苗期的叶绿素含量,运用透射电镜观察野生型和突变体ygl3的叶绿体结构.利用实时荧光定量PCR分析YGL3的组织表达模式,并使用BioXM 2.6软件对YGL3及其同源蛋白序列进行比对,采用酵母双杂交方法筛选YGL3的互作蛋白.[结果]在苗期,与野生型相比,突变体ygl3叶片黄化,叶绿素、类胡萝卜素和总光合色素含量显著降低.透射电镜结果表明,突变体ygl3叶绿体形态异常,类囊体片层结构较少,而野生型叶绿体形态正常,类囊体片层结构排列有序.CRISPR-Cas9敲除位点鉴定结果表明,LOC_Os01g73450发生单碱基插入,导致蛋白翻译提前终止,该基因编码351个氨基酸的蛋白突变为55个氨基酸的截短蛋白.与野生型相比,LOC_Os01g73450的表达水平在突变体中显著下调.qRT-PCR结果表明YGL3在水稻根、穗、种子、叶鞘以及叶片中均有表达,且叶片中表达水平最高.YGL3编码一个质体定位的尿嘧啶核苷酸激酶.蛋白氨基酸序列比对表明YGL3蛋白在玉米、高粱、拟南芥等物种中均较为保守,与拟南芥同源蛋白氨基酸的同源性为59.4％.qRT-PCR结果表明,叶绿素合成基因(如HEMC、HEME和URO-D)在突变体ygl3中显著下调,而HEMB、HEMF和HEML等叶绿素合成基因在野生型与突变体之间无显著差异.酵母双杂交系统筛选水稻叶片酵母cDNA文库,发现YGL3与RNA编辑因子MORF8存在互作.[结论]水稻黄绿叶突变体ygl3的表型是由LOC_Os01g73450突变导致,该基因与已报道的水稻黄绿叶基因YL2/YGL8等位.YGL3在叶片中高度表达,同时YGL3与MORF8在酵母中互作.

关键词：水稻(Oryza sativa L.);黄绿叶;YGL3;CRISPR-Cas9;叶绿体发育

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资助基金：江苏省高等学校自然科学研究面上项目;淮阴师范学院大学生创新创业计划

在线出版日期：2021-08-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：3149-3157